package com.seatiger.structure.BST;

import com.seatiger.structure.queue.LinkedListQueue;
import com.seatiger.structure.queue.Queue;
import com.seatiger.structure.stack.LinkedListStack;
import com.seatiger.structure.stack.Stack;

/**
 * 二分搜索树
 *
 * @param <E>
 */
public class BST<E extends Comparable<E>> {
    private class Node {
        private E e;
        private Node left;
        private Node right;

        public Node(E e) {
            this.e = e;
            this.left = null;
            this.right = null;
        }
    }

    private Node root;
    private int size;

    public BST() {
        this.root = null;
        this.size = 0;
    }

    /**
     * 获取元素个数
     *
     * @return
     */
    public int getSize() {
        return size;
    }

    /**
     * 判断是否为空
     *
     * @return
     */
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    /**
     * 将元素e添加到二分搜索树中
     *
     * @param e
     */
    public void add(E e) {
        root = add(root, e);
    }


    /**
     * 向以node为跟的二分搜索树插入元素，递归算法
     * 返回新插入节点后二分搜索树的跟
     *
     * @param node
     * @param e
     */
    private Node add(Node node, E e) {
        if (node == null) {
            //递归的终止条件
            size++;
            return new Node(e);
        }
        if (e.compareTo(node.e) < 0) {
            node.left = add(node.left, e);
        } else if (e.compareTo(node.e) > 0) {
            node.right = add(node.right, e);
        }
        return node;
    }

    /**
     * 查看二分搜索树是否包含元素e
     *
     * @param e
     * @return
     */
    public boolean contains(E e) {
        return contains(root, e);
    }

    /**
     * 以node为根的二分搜素树是否包含元素e
     *
     * @param node
     * @param e
     * @return
     */
    private boolean contains(Node node, E e) {
        if (node == null) {
            return false;
        }
        if (e.compareTo(node.e) == 0) {
            return true;
        } else if (e.compareTo(node.e) < 0) {
            return contains(node.left, e);
        } else {
            return contains(node.right, e);
        }
    }

    /**
     * 前序遍历的非递归写法，使用栈
     */
    public void preOrderNR() {
        if (root == null) {
            return;
        }
        Stack<Node> stack = new LinkedListStack<>();
        stack.push(root);
        while (!stack.isEmpty()) {
            Node cur = stack.pop();
            System.out.println(cur.e);
            if (cur.right != null) {
                stack.push(cur.right);
            }
            if (cur.left != null) {
                stack.push(cur.left);
            }
        }
    }

    /**
     * 二分搜索树前序遍历
     */
    public void preOrder() {
        preOrder(root);
    }

    /**
     * 以node为根节点，前序遍历，递归算法
     *
     * @param node
     */
    private void preOrder(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        System.out.println(node.e);
        preOrder(node.left);
        preOrder(node.right);
    }

    /**
     * 二分搜索树的中序遍历
     */
    public void inOrder() {
        inOrder(root);
    }

    /**
     * 以node为根节点，中序遍历，递归算法
     *
     * @param node
     */
    private void inOrder(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        inOrder(node.left);
        System.out.println(node.e);
        inOrder(node.right);
    }

    /**
     * 二分搜索树的后序遍历
     */
    public void postOrder() {
        postOrder(root);
    }

    /**
     * 以node为根节点，后序遍历，递归算法
     *
     * @param node
     */
    private void postOrder(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        postOrder(node.left);
        postOrder(node.right);
        System.out.println(node.e);
    }

    /**
     * 二分搜索树的层序遍历
     */
    public void levelOrder() {
        if (root == null) {
            return;
        }
        Queue<Node> queue = new LinkedListQueue<>();
        queue.enqueue(root);
        while (!queue.isEmpty()) {
            Node cur = queue.dequeue();
            System.out.println(cur.e);
            if (cur.left != null) {
                queue.enqueue(cur.left);
            }
            if (cur.right != null) {
                queue.enqueue(cur.right);
            }
        }
    }

    /**
     * 查询最小值
     *
     * @return
     */
    public E minimum() {
        if (size == 0) {
            throw new IllegalArgumentException("BST is empty");
        }
        Node minNode = minimum(root);
        return minNode.e;
    }

    /**
     * 返回以node为根的二分搜索树的最小值所在的节点
     *
     * @param node
     * @return
     */
    public Node minimum(Node node) {
        if (node.left == null) {
            return node;
        }
        return minimum(node.left);
    }

    /**
     * 查询最大值
     *
     * @return
     */
    public E maximum() {
        if (size == 0) {
            throw new IllegalArgumentException("BST is empty");
        }
        return maximum(root).e;
    }

    /**
     * 返回以node为根的二分搜索树的最大值所在的节点
     *
     * @param node
     * @return
     */
    public Node maximum(Node node) {
        if (node.right == null) {
            return node;
        }
        return maximum(node.right);
    }

    /**
     * 从二分搜索树中删除最小值，并返回该最小值
     *
     * @return
     */
    public E removeMin() {
        E ret = maximum();
        removeMin(root);
        return ret;
    }

    /**
     * 删除掉以node为根节点的最小节点
     * 并返回二分搜索树的根
     *
     * @param node
     * @return
     */
    private Node removeMin(Node node) {
        if (node.left == null) {
            Node rightNode = node.right;
            //脱离整颗树，方面垃圾回收
            node.right = null;
            size--;
            return rightNode;
        }
        node.left = removeMin(node.left);
        return node;
    }

    /**
     * 从二分搜索树中删除最大值，并返回该最大值
     *
     * @return
     */
    public E removeMax() {
        E ret = maximum();
        removeMax(root);
        return ret;
    }

    /**
     * 删除掉以node为根节点的最大节点
     * 并返回二分搜索树的根
     *
     * @param node
     * @return
     */
    private Node removeMax(Node node) {
        if (node.right == null) {
            Node leftNode = node.left;
            //脱离整颗树，方面垃圾回收
            node.left = null;
            size--;
            return leftNode;
        }
        node.right = removeMax(node.right);
        return node;
    }

    /**
     * 从二分搜索树中删除元素为e的节点
     *
     * @param e
     */
    public void remove(E e) {
        root = remove(root,e);
    }

    /**
     * 删除以node为根的二分搜索树的节点e。递归算法
     * 返回删除节点后，新的二分搜索树的根
     *
     * @param node
     * @param e
     * @return
     */
    private Node remove(Node node, E e) {
        if (node == null) {
            return null;
        }
        if (e.compareTo(node.e) < 0) {
            node.left = remove(node.left, e);
        } else if (e.compareTo(node.e) > 0) {
            node.right = remove(node.right, e);
        } else {
            //只有左孩子
            if (node.right == null) {
                Node leftNode = node.left;
                node.left = null;
                size--;
                return leftNode;
            }
            //只有又孩子
            else if (node.left == null) {
                Node rightNode = node.right;
                node.right = null;
                size--;
                return rightNode;
            } else {
                //左右都有孩子，找到删除节点的后继节点，又孩子中最小的
                Node successor = minimum(node.right);
                //这个后继节点，的又孩子  就是 删除了后继节点的几点
                successor.right = removeMin(node.right);
//                size++;
                //后继节点的左节点还是node的左子树
                successor.left = node.left;
                node.left = node.right = null;
                //size--;
                return successor;
            }
        }
        return node;
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        generateBSTString(root, 0, res);
        return res.toString();
    }

    /**
     * 生成以node为节点，深度为depth的描述二叉树的字符串
     *
     * @param node
     * @param depth
     * @param res
     */
    private void generateBSTString(Node node, int depth, StringBuilder res) {
        if (node == null) {
            res.append(generateDepthString(depth) + "NULL\n");
            return;
        }
        res.append(generateDepthString(depth) + node.e + "\n");
        generateBSTString(node.left, depth + 1, res);
        generateBSTString(node.right, depth + 1, res);
    }

    private String generateDepthString(int depth) {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < depth; i++) {
            res.append("--");
        }
        return res.toString();
    }
}
